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Nasslackieren

Nasslackieren: 25.04.2014

Beschichtungen zur Eisvermeidung einsetzen

Wie Beschichtungen Oberflächen effizient eisfrei halten können

Wissenschaftler der Lacktechnik des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM arbeiten an Schichten, die zu effizienten Anti-Eis-Technologien beitragen. Hierbei stehen Anwendungen für Flugzeuge, Schienenfahrzeuge und Windenergieanlagen derzeit im Fokus.

Vereisungen von Oberflächen können in unserem Alltag eine lästige Angelegenheit sein. Für technische Geräte und Anlagen stellen diese Vereisungen jedoch weitreichende Probleme dar, die mit hohen Kosten, Fehlfunktionen und Sicherheitsrisiken verbunden sind. So kann das Vereisen von Flugzeugflügeln zum Absturz führen. Um die Eisbildung zu verhindern, wird daher ein großer technischer Aufwand betrieben und mit Hochdruck an immer effektiveren und effizienteren Technologien geforscht. Am Fraunhofer IFAM werden hierzu aktuell verschiedene Forschungsvorhaben durchgeführt. In einem von der EU geförderten Projekt, in dem europäische und japanische Partner aus Forschung und Industrie eng zusammenarbeiten, werden neue Konzepte entwickelt, um die Effizienz der Flügelenteisung zu erhöhen. Dazu werden aktive Heizelemente mit eisabweisenden Beschichtungen kombiniert. Die zu entwickelnden Schichten sollen zum einen die Wasserbenetzbarkeit reduzieren, sodass weniger Wasser auf der Oberfläche gefrieren kann. Zum anderen soll die Eishaftung gesenkt werden, so dass gebildetes Eis einfacher von der Oberfläche entfernt werden kann. Komplettiert wird dies mit neuartigen Eissensoren für Oberflächenvereisungen, die in diesem Projekt entwickelt werden. Angestrebt ist damit eine signifikante Energieeinsparung, da heutige Enteisungssysteme bis zu 8% des gesamten Kerosinverbrauchs ausmachen können.Ein weiterer wesentlicher Aspekt dieses Projekts ist die Errichtung eines Vereisungskanals, in der die entwickelten Komponenten auf ihre Effektivität untersucht werden. Um dies möglichst realitätsnah tun zu können, werden Geschwindigkeiten bis 350 km/h und Temperaturen bis -30 °C im Windkanal erreicht. Ziel ist u.a. die Abschätzung, wieviel (Heiz-) Energie durch den Einsatz von eisabweisenden Beschichtungen eingespart werden kann. Hierzu wird auch sogenanntes unterkühltes Wasser hergestellt; also Wassertropfen, die unter einer Temperatur von 0 °C weiterhin flüssig sind. Diese kommen in Wolken vor, in die sowohl Flugzeuge, aber auch beispielsweise Rotorblätter von Windenergieanlagen eintauchen. Treffen diese Wassertropfen auf eine Oberfläche, gefrieren sie sofort. Diese charakteristische Vereisung wird im Test simuliert, um Aussagen über die Leistungsfähigkeit der entwickelten Schichten und Komponenten treffen zu können.

INFO

Projektinformationen

Folgende Projekte wurden vorgestellt:

  • "Japanese-European De-Icing Aircraft Collaborative Exploration" (JEDI ACE), gefördert durch die EU und dem Japanese Ministry of Economy, Trade and Industry (METI). Förderkennzeichen: ACP-GA-2013-314335 (Förderzeitraum: 01.11.2012 – 30.04.2016)
  • "Entwicklung von Anti-Eis-Beschichtungen und deren Parameter für die Applikations- sowie Härtungstechnologien für Hinderniskennzeichnungen von Windenergieanlagen", Kooperation mit Reetec GmbH, Bremen, gefördert durch die Wirtschaftsförderung Bremen (WfB) (Förderzeitraum: 01.10.2013 – 31.09.2015).

Heizschichten im Gesamtschichtaufbau

Die Forscher des Fraunhofer IFAM arbeiten auch an Technologien, um spritzbare Heizschichten zur Enteisung einzusetzen. Bislang kommen häufig Heizdrähte oder Heizmatten zum Einsatz. Durch den Einsatz von Heizschichten, die mittels konventioneller Spritzverfahren appliziert werden können, ist es auch möglich, Bauteile mit komplexer Geometrie wie die gekrümmten Oberflächen von Rotorblättern einer Windenergieanlage schnell und effizient zu beschichten. Tests haben gezeigt, dass mit diesen Heizschichten ein gleichmäßiges und schnelles Aufheizen möglich ist, was für eine effektive Eisentfernung von entscheidender Bedeutung ist. Die Integration in den Gesamtschichtaufbau (Abb. 1) erlaubt eine hohe Lebensdauer des Systems – eine wichtige Eigenschaft für jede technische Anlage. Grundsätzlich sind solche Beschichtungskonzepte natürlich auch für weitere Anwendungen einsetzbar, wie z.B. an Schienenfahrzeugen oder Schiffen. Lediglich die technischen Anforderungen an das Beschichtungssystem unterscheiden sich hier.

Anti-Eis-Schichten für Hinderniskennzeichnungen

Wie unterschiedlich diese technischen Anforderungen sein können, zeigt ein weiteres Entwicklungsprojekt, in dem die Forscher des Fraunhofer IFAM mit der Firma Reetec in Bremen zusammenarbeiten. Hierbei geht es um Hinderniskennzeichnungen an Windenergieanlagen (Abb. 2), also die an der Anlage befindlichen Leuchten, die bei Tag und Nacht die Anlagen kenntlich machen. Fehlende Sichtbarkeit stellt hier ein hohes Sicherheitsrisiko dar. Ziel dieses Projekts ist es nun, eine Beschichtung zu entwickeln, die die Bildung und Haftung von Eis ausschließt und reduziert. Das zu entwickelnde Lacksystem muss neben der Anti-Eis-Wirkung weitere Anforderungen erfüllen: So muss eine gute Haftung auf dem Linsenmaterial PMMA gewährleistet sein. Zudem muss die Schicht rauen Umweltbedingungen mit Regen, Hagel, Salzwasser und Schnee Stand halten und darf selbstverständlich keinen Einfluss auf den Farbton und die Abstrahlcharakteristik der Leuchte haben. Die genannten Beispiele zeigen, dass Anti-Eis-Beschichtungen für viele technische Anwendungen einsetzbar sind, wenn die Schichten an die jeweiligen technischen Anforderungen angepasst werden. Ziele sind dabei Energieeinsparungen, verbesserte Geräte- und Anlageneigenschaften sowie die Erhöhung der Sicherheit.

Mittels Vereisungskanal lässt sich das Vereisungsverhalten von Oberflächen und Bauteilen bestimmen.

Mittels Vereisungskanal lässt sich das Vereisungsverhalten von Oberflächen und Bauteilen bestimmen.

Abb. 1: Die Abbildung zeigt  schematisch das Konzept einer  Multifunktionsschicht zur Anwendung auf Windenergieanlagen. Quelle (ein Foto, zwei Abbildungen): Fraunhofer IFAM

Abb. 1: Die Abbildung zeigt schematisch das Konzept einer Multifunktionsschicht zur Anwendung auf Windenergieanlagen. Quelle (ein Foto, zwei Abbildungen): Fraunhofer IFAM

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen, Nadine Rehfeld, Tel. +49 421 2246-432, nadine.rehfeld@ifam.fraunhofer.de, www.ifam.fraunhofer.de

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